全局布索門式剛架的預(yù)應(yīng)力作用機理及自振頻率研究.pdf

1、現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)越來越依賴預(yù)應(yīng)力載體的作用，尤其是在弱剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力載體的地位可以說是舉足輕重，基于此背景，本文在概括和總結(jié)先前學(xué)者已有研究成果的基礎(chǔ)上提出預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的新概念，并詳細解釋了預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的定義，且對預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的作用機理做出具體闡釋。
　　以本文研究對象——全局布索門式剛架為例，進行數(shù)值模擬結(jié)合試驗數(shù)據(jù)分析以驗證預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)作用機理的正確性，并以此為基礎(chǔ)，通過內(nèi)力控制得到拉索預(yù)應(yīng)力確定準(zhǔn)則，通過變形控制得到拉

2、索截面積的確定準(zhǔn)則，從而以確定準(zhǔn)則為指導(dǎo)思想獲得預(yù)應(yīng)力參數(shù)的確定方法，進一步通過上述方法求出剛架中預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)參數(shù)的具體值并加以驗算。最后本文基于預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的作用機理，考察全局布索門式剛架中預(yù)應(yīng)力參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響，獲得理想結(jié)果。本文主要研究工作和相應(yīng)結(jié)論如下：
　　（1）預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)概念的提出及其作用機理介紹
　　提出預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的概念，所謂的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)不僅包括了預(yù)應(yīng)力本身還包括預(yù)應(yīng)力載體（如鋼索、鋼棒、膜材等）。預(yù)應(yīng)

3、力系統(tǒng)中預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力載體各司其職，缺一不可：預(yù)應(yīng)力不僅能夠為結(jié)構(gòu)提供反力反位移，還能為預(yù)應(yīng)力載體建立剛度和穩(wěn)定性；預(yù)應(yīng)力載體則在預(yù)應(yīng)力的作用下為結(jié)構(gòu)提供額外剛度，調(diào)整結(jié)構(gòu)受力性能；預(yù)應(yīng)力載體為原結(jié)構(gòu)提供的剛度大小與預(yù)應(yīng)力大小無關(guān)，而是由預(yù)應(yīng)力載體軸向剛度決定的；但是預(yù)應(yīng)力決定了預(yù)應(yīng)力載體能否發(fā)揮作用，且預(yù)應(yīng)力大小決定了結(jié)構(gòu)在外荷載作用下預(yù)應(yīng)力載體提供剛度所能維持的階段范圍。
　　（2）全局布索門式剛架中預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)作用機理的驗證<

4、br>　　以預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)為立足點，在SAP2000軟件中對全局布索門式剛架進行數(shù)值模擬計算確定了預(yù)應(yīng)力能夠為結(jié)構(gòu)提供與荷載效應(yīng)相反效應(yīng)的作用機理。通過分析剛架受載前后控制截面彎矩變化值、增長率及主要節(jié)點的位移變化得出：有無預(yù)應(yīng)力決定了拉索能否為結(jié)構(gòu)提供剛度，而拉索截面積會影響其為結(jié)構(gòu)提供剛度的大小，預(yù)應(yīng)力大小只是決定了結(jié)構(gòu)在外載作用下拉索提供剛度所能維持的階段范圍。試驗數(shù)據(jù)分析部分也驗證了結(jié)論的正確性。
　　（3）全局布索門式剛架的

5、等效計算方法
　　在直線型布索、單折線型布索、雙折線型布索形式的拉索與剛性、半剛性結(jié)構(gòu)組合中，拉索在張拉成形、建立了初始預(yù)應(yīng)力后承受各種荷載的作用，而且由于結(jié)構(gòu)中索段不長，各拉索都具有一定的初始預(yù)應(yīng)力，其非線性的影響很小，因而在計算此類結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形時，可以將索桿視為可以受拉、受壓的二力桿進行分析。全局布索門式剛架屬于此種結(jié)構(gòu)，對其進行內(nèi)力分析時，可以將此剛架將其視作鋼桁架，在計算外載作用下桿件內(nèi)力增量后，線性疊加上初始預(yù)應(yīng)力值，

6、即能得到結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的內(nèi)力值，這也更加利于確定參數(shù)時參數(shù)的迭代收斂，也為后續(xù)全局布索門式剛架的預(yù)應(yīng)力參數(shù)確定方法奠定理論基礎(chǔ)。
　?。?）全局布索門式剛架的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)參數(shù)預(yù)估方法
　　在前文研究的基礎(chǔ)上，以預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的作用機理為基礎(chǔ)，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法結(jié)合軟件模擬施加不同預(yù)應(yīng)力參數(shù)值進行比較，得到預(yù)應(yīng)力參數(shù)的確定準(zhǔn)則：準(zhǔn)則一，剛架中預(yù)應(yīng)力的初始效應(yīng)與恒載引起的不利效應(yīng)大致平衡；準(zhǔn)則二，剛架在各工況下，預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)中各部

7、分拉索均不失效，以保證其能為結(jié)構(gòu)提供剛度；準(zhǔn)則三，在滿足預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)中預(yù)應(yīng)力初始效應(yīng)與恒載效應(yīng)大致相抵消的前提下，預(yù)應(yīng)力載體為結(jié)構(gòu)提供額外剛度使結(jié)構(gòu)在各工況下滿足目標(biāo)剛度要求。
　　結(jié)合全局布索門式剛架中預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的作用機理，根據(jù)參數(shù)確定準(zhǔn)則，利用SAP2000有限元分析軟件進行剛架的等效線性運算，求出關(guān)鍵影響系數(shù)及工況下內(nèi)力的疊加值等必要參數(shù)，最終通過位移控制確定拉索截面積，利用迭代法求出拉索目標(biāo)截面積；通過內(nèi)力控制使初始預(yù)應(yīng)力效

8、應(yīng)與恒載效應(yīng)大致相抵消，得到有關(guān)拉索預(yù)拉力的一個恒等式，通過保證拉索在結(jié)構(gòu)使用過程中始終不失效，得到另一個恒等式，從而求解滿足上述條件的等式方程組，即可得到拉索所需預(yù)拉力。
　?。?）預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)中參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響
　　本文研究了預(yù)應(yīng)力改變和拉索截面積改變對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響：與普通門式剛架相比，全局布索門式剛架的自振頻率大幅度變大，但是全局布索門式剛架中預(yù)應(yīng)力的增大會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振頻率有小幅度的減小；而改變?nèi)植妓?/p>